2. Описание программного обеспечения установки

Применение микропроцессорных устройств в установке требует настройки действующего (поставляемого с приборами НПО “ОВЕН”) и разработки дополнительного программного обеспечения (ПО) системы управления.

При этом решаются следующие задачи:

1) конфигурирование модулей МВА8, МВУ8, МР1 и контроллеров ТРМ151 для организации опроса технологических датчиков, обработки сигналов и выдачи управляющих воздействий;

2) настройка технологической SCADA “Owen Process Manager” для представления, регистрации и архивирования информации на ПЭВМ;

3) разработка автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора установки средствами SCADA Trace Mode для реализации цифрового управления с помощью рабочей станции.

Целью цифровой системы управления (ЦСУ) является регулирование температуры и уровня воды в емкости при внешних возмущениях, изменением расходов воды и напряжения на ТЭН.

Для синтеза системы проведен анализ технологического процесса как объекта управления и выявлена топология связей в объекте (рис. 7).

Для решения задач 1), 2) использовано программное обеспечение НПО “ОВЕН”, содержащее программы-конфигураторы контроллеров ТРМ151 и модулей ввода/вывода МВА8 (рис. 8), МВУ8, МР1, а также технологическую SCADA-систему “Owen Process Manager” (рис. 9) [9], позволяющую отображать тренды текущих измерений и управляющих воздействий, создавать файлы-архивы.

Рис. 7. Топология связей параметров объекта управления:

РО – регулирующий орган

Данного ПО вполне достаточно для реализации системы управления процессом. Однако для эффективного управления необходима разработка АРМ оператора с возможностями слежения за ходом технологического процесса, документирования получаемых данных, своевременного выявления аварийных ситуаций и внесения изменений в ход процесса, а также решения задач корректировки и оптимизации управления.

Кроме того, АРМ позволит реализовать многосвязное управление объектом с учетом его топологии (можно компенсировать влияние контролируемых возмущений и перекрестных связей между регулирующими параметрами на управляемые параметры (температуру и уровень воды в емкости)).

Рис. 9. Фрагмент экранной формы программы “Owen Process Manager” (вкладка модуля МВА8 и температурный тренд)

При выборе средств разработки АРМ предпочтение отдано интегрированной среде Trace Mode (версия 6) [12]. Данная система обладает необходимыми драйверами к контроллерам и УСО, большой встроенной графической библиотекой, имеет мощный редактор представления данных, библиотеку алгоритмов управления и встроенные редакторы разработки программ в SCADA-системе.

Экранная форма структуры АРМ представлена на рис. 10. В верхней части экрана указано название установки и мнемосхема процесса (выполнена анимация заполнения емкости водой и включения/выключения двигателя насоса). На мнемосхеме вблизи точек установки технологических датчиков и исполнительных устройств осуществляется индикация текущих значений параметров. Эта информация дублируется в нижней части экрана с помощью графических элементов “Ползунок”. Вверху экрана предусмотрено поле для сообщений об аварийных ситуациях (переполнение или опорожнение емкости, превышение температуры в емкости выше допустимой и т.д.). Также на экране высвечивается системное время рабочей станции и эмблема Trace Mode.

Правая часть экранной формы предназначена для интерактивной работы с интерфейсом. При выборе источника данных определяется, будем ли мы опрашивать технологические датчики и выдавать управляющие сигналы на исполнительные устройства или работать с имитационной моделью объекта.

Имитационная модель объекта разработана с использованием FBD-блоков визуального редактора Trace Mode [12]. Динамические каналы объекта описаны апериодическими звеньями 1-го – 3-го порядков с запаздыванием, что отражает динамику связей между параметрами. В модели объекта предусмотрена генерация помех на управляющие и управляемые параметры.

Выбор отображения информации позволяет оператору подобрать наилучший вариант представления информации о процессе – индицировать или скрывать значения параметров вблизи точек установки технических средств (по месту) и в нижней части экрана (на щите), а также просматривать тренды параметров задаваемого размера.

Предусмотрена архивация данных, т.е. сохранение за указанный период текущей информации о процессе с возможностью ее просмотра (просмотр архива).

Пуск процесса позволяет запустить и вывести технологический объект на режим нормальной работы (по текущему отлаженному алгоритму).

Останов процесса обеспечивает плановое завершение работы установки (выключение нагревательного ТЭНа и насоса, слив воды из емкости).

Корректировка алгоритма включает в себя ряд этапов, связанных с просмотром структуры и параметров текущего алгоритма управления, изменением структуры и параметрическим синтезом нового алгоритма. Для этого формируются структуры моделей каналов объекта и системы управления (предусмотрена возможность реализации одноконтурных, каскадных, комбинированных, несвязанных и связанных схем) [1].

На первом этапе выполняется параметрирование модели объекта, включающее получение динамических характеристик по каналам объекта и идентификацию дискретных динамических моделей методом наименьших квадратов или оптимизационными методами [1, 2].

На втором этапе проводится этап структурирования и параметрирования регуляторов и компенсаторов, в который входит выбор структур регуляторов (типовые варианты ПИД-закона, цифровые регуляторы различных порядков), ручная настройка параметров регуляторов (по динамическим характеристикам замкнутой системы (рис. 11, 12)) или решается задача оптимизации настроек регуляторов (по модели объекта) по выбранному критерию и синтеза компенсаторов с применением принципов автономно-инвариантного управления [1]. Выбор структур регуляторов выполняется по показателям качества.

Рис. 11. Динамические характеристики имитатора

замкнутой системы регулирования:

----- задание по расходу воды в емкость;  управляющее воздействие (% хода РО на входе в емкость);  текущее значение расхода